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1.1 通过探究明确了交换机出货时间及出货量是数通市场较好的跟 踪指标
如何跟踪和预测光模块的出货量是市场关心的主要问题之一。目 前市场上通常参考云厂商的总体资本开支来间接考察光模块市场的 景气度，但光模块的资本支出占数据中心整体资本支出的比例通常较 低（<3%），因此光模块的需求量和云厂商的资本开支之间很难呈现出 较为稳定的量化关系。
为了解决上述问题，我们从光模块在数通市场的应用场景出发进 行探究，考虑到光模块在数据中心主要用于交换机之间以及交换机和 服务器之间的连接，我们重点考察了交换机端口及光模块的历史出货 量数据，发现如下规律：
1）光模块出货量与交换机端口出货量近似呈现 4:10 的关系。我 们分别考察了 40G、100G 两种速率以及全球总体市场及数通市场两个 不同的口径在 2016-2018 年的出货量。多组数据显示，相同速率条件 下，光模块出货量与交换机端口出货量的比值约为 4:10。
我们认为出现上述比例关系的原因可能有：a)核心交换机或 leaf 和 spine 交换机之间的连接有端口剩余；b)交换机市场竞争格局更为 集中，第三方数据统计更加准确，光模块竞争格局比较分散导致部分 数据可能未统计进来等。
同时，通过对 2019 年 400G 的光模块出货量进行测算，我们发现 测算数据（2019 年 41 万只）和市场调研的需求量是接近的，因此上 述比例关系可以作为一个较好的跟踪和预测依据。
2）光模块出货放量时间和交换机端口放量时间几乎一致，且高 速率交换机端口放量通常在相应速率交换机芯片发布后 2 年左右时 间。我们发现相同速率的光模块和交换机端口的放量时间几乎一致， 这也符合产业应用的常识：采购交换机后开始上架并连接服务器，交 换机的采购时间不会明显领先于光模块。同时，在新的交换机芯片发 布后，通常需要 2 年左右时间来实现量产。据此可以看到 2019 年底 到 2020 年是 400G 光模块逐步起量的时间段。
鉴于交换机市场的竞争格局较为集中，且主要的传统交换机厂商 （例如思科）和云交换机厂商（例如 Arista）作为海外上市公司通常 对未来业务发展有一定的指引和预判，通过上述交换机端口和光模块 在数量和时间两个维度上的关系，我们可以通过参考交换机的相应数 据及预期对光模块市场进行跟踪和预测。
1.2 从数通光模块技术演进及产业链格局变迁的角度重新审视国内 光模块厂商新的发展机遇
400G 时代光模块厂商如何才能在竞争中胜出是市场关心的另一 重要问题。经过 100G 时代的快速发展，国内光模块厂商以旭创为代 表，在全球光模块市场份额的占比实现了快速提升。进入到 400G 时 代，产业链上游发生的格局变迁又为光模块厂商带来了新的发展机 遇。
PAM4 和 DSP 方案的应用改变 400G 光模块电芯片供应格局，产 业链变迁为光模块厂商提供发展新机遇：
100G 时代 TIA、CDR 及 Driver 等电芯片的供应商较多，因此市场 普遍关注上游光芯片的供应格局。进入到 400G 时代，由于相关技术 标准普遍采用单通道 50G 速率，如果仍然采用 NRZ 调制技术，对于收 发芯片的时间裕量以及传输链路的损耗要求更加苛刻，因此使用传输 信息效率更高的 PAM4 技术成为主流方案。同时，目前产业界仍然没 有较好的模拟方案来实现 PAM4 调制，因此 DSP 方案成为光模块厂商 的唯一选择。
DSP 芯片的主要供应商仅有 Inphi 和 Broadcom。根据产业链调研 及北美相关上市公司披露的数据，DSP 芯片的主要供应商包括 Inphi、 Broadcom、MaxLinear、MACOM 等。由于 MACOM 鉴于 400G PAM 的 开发成本，将重点放在更便宜、更低功耗的模拟；MaxLinear 推出了 Telluride PAM，但目前并未有较好的销售；因此市场上 DSP 主要的竞 争对手目前仅有 Inphi 和 Broadcom。
我们看好和上游芯片厂商有较好合作的光模块厂商。国内的光模 块厂商包括中际旭创、新易盛分别和 Inphi 及 Broadcom 开展较好的合 作，在电芯片产业链格局重塑的大背景下，我们认为这有助于上述公 司在数通市场的拓展。
2.1 光模块简介及其在数据中心场景的应用现状
光模块是光通信系统中重要的器件，用于实现信息的高速互联。 由于铜缆在传递数据时带宽具有瓶颈，且传输距离有限，因此高速的 数据传递需要通过光信号来实现。但是半导体芯片内部的信号都是电 信号，所以就需要一个专门的工作单元将电信号转换为光信号之后再 进行传递，待信息流传递到目的地后再由专门的工作单元将光信号还 原回电信号，从而实现数据的传递。光模块就是这个专门的工作单元， 在信息发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把 光信号转换成电信号。
光模块用于实现电-光和光-电信号的转换，通常由光发射组件 TOSA（含激光器）、光接收组件 ROSA（含光探测器）、驱动电路和光、 电接口等组成。（1）光发射组件 TOSA：由核心部件光源激光二极管、 LD 芯片、监测光电二极管（MD）和其他元件封装共同构成。一定速 率的电信号经驱动芯片处理后驱动激光器（LD）发射出相应速率的调 制光信号，通过光功率自动控制电路，可输出功率稳定的光信号。（2） 接收组件 ROSA：由光电检测器、前置（跨阻）放大器（TIA）和其他 元件封装共同构成。一定速率的光信号输入模块后由光探测器（PD） 转换为电信号，经前置放大器后输出相应速率的电信号。
光模块有多种分类方式，典型如依据封装方式、速率、传输距离、 调制格式、是否支持波分复用（WDM）应用、光接口工作模式、工作 温度范围等进行分类。按封装方式分类有 SFP+、SFP28、QSFP28、CFP2、 QSFP-DD、OSFP 等；按速率分类有 10Gb/s、25Gb/s、50Gb/s、100Gb/s、 400Gb/s 等；按传输距离分类有 100m、10km、20km、40km、80km 及以上等；按调制格式分类有 NRZ、PAM4、DP-QPSK/n-QAM 等；按 是否支持波分复用（WDM）应用分类有灰光模块（不支持 WDM）和 彩光模块（支持 WDM）；按光接口工作模式分类有双纤双向（Duplex）、 单纤双向（BiDi）；按工作温度范围分类有商业级（0~70℃）、工业级 （-40~85℃）等。
光模块应用领域可分为电信市场与数通市场。 （1）电信市场：下 游应用者是运营商，通常由网络设备制造商先采购光模块，整合后再 卖给运营商客户。（2）数通市场：下游应用者主要是互联网服务商的 数据中心，如 BAT、谷歌、亚马逊等。与电信市场不同的是，互联网 服务商会直接认证光模块并因此直接向光模块厂商进行采购。
近年来数通市场逐步成为驱动全球光模块增长的主要细分领域。 根据 Lightcoungting 数据显示，全球光模块的发展历史按驱动因素可 大致分为三个阶段：（1）1998-2006 年，长途通信驱动阶段；（2） 2007-2015，光纤到户驱动阶段；（3）2014 年以来，数据中心东西向 流量驱动阶段。2019 年，光模块及相关部件市场规模预计达 100 亿美 元，到 2021 年这一数字将达到 120 亿美元。（注：此口径为光模块及 相关组件的合并口径，并不是单纯的光模块市场规模）。 近年来，以 谷歌、亚马逊等为代表的云计算厂商的资本开支不断提升，驱动云数 据中心建设数量和流量的不断增长，数通市场近年来实现了迅猛的发 展，在整体市场中的重要性也日趋显著。
数据中心的光电互联根据所处网络位置不同，可分为 TOR、叶交 换机、脊交换机以及核心交换机互联等：
1）TOR（Top of Rack）：指的是在每个服务器机柜上部署 1～2 台 交换机，服务器直接接入到本机柜的交换机上，实现服务器与交换机 在机柜内的互联。
2）叶交换机（Leaf）&脊交换机（Spine）互联：在 Leaf-Spine 网 络架构中：任意两台 Leaf 交换机之间的通信路径是一致的，即 Leaf →Spine→Leaf。叶交换机负责连接服务器和网络设备，每个 Leaf 交换 机都连接到结构中的每个 Spine 交换机。主机可以通过 Leaf 交换机和 另一个叶交换机上的主机进行通信。Spine 交换机保证节点内的任意 两个端口之间提供延迟非常低的无阻塞性能，从而实现 3 级 CLOS 网 络。
3）核心交换机（Core）&脊交换机互联：指部署于核心层的网络 交换机。核心层是整个网络布局的核心主干部分，承受、汇聚着所有 传输流量，起到管理作用，是网络性能的主要保障。
根据传输距离划分，光模块在数通市场主要可分为：
1）<20m：光模块主要用于机柜内部的服务器和 TOR 交换机互联， 目前数据速率以 10G、25G 为主，正在向 50G 或 100G 过渡。实现方式以 DAC（直接连接的铜线电缆）或 AOC（有源光缆）电缆为主。
2）<500m：主要用于数据中心同一机房内叶到脊交换机的互联。 目前数据速率以 40G、100G 为主，正在向 400G 过渡。其中 100m 以 下的短距离主要以 850nm 的多模（MM）光纤为主；100m～500m 距 离主要以 1310nm 波长的单模(SM)光纤为主，出于成本考虑主要采用 并行单模（PSM）技术。
3）<10km：主要用于数据中心楼宇间交换机或路由器的互联。目 前数据速率以 100G 为主，正在向 400G 过渡。这个距离上光纤的成本 占比已经较大，因此多采用波分复用技术在单根光纤上传输更多路信 号，以 1310nm 波长的粗波分复用（CWDM）技术为主，部分短距离 （500m~2km）场合仍可使用 PSM 技术。
4）>10km：主要用于多个数据中心间的互联（DCI）。目前实现方 式以 100G+DWDM（密集波分复用为主），未来 80km 以上主要采用 400G 相干通信+DWDM，80km 以下也有采用 PAM4+DWDM 的实现方 式。
2.2 全球流量迅猛增长带来数据中心数量增加和架构改变，驱动高速 光模块需求提升
2.2.1 全球流量快速增长带动大型数据中心数量不断上升，光模块应 用需求持续扩大
全球数据中心流量保持高速增长，云数据中心流量占比预计将不 断提升。在 5G 建设、物联网及云计算行业发展、AV&VR&视频等应用 渗透率不断提高等因素的推动下，全球网络流量持续、高速增长。同 时，云数据中心的主导性地位将得到不断强化，主要原因为：相比传 统数据中心，云数据中心具备处理更高流量负载的能力，支持增强虚 拟化、标准化和自动化，拥有更好的性能以及更高的容量和吞吐量。
根据 Cisco 数据，2019 全球数据中心流量估计达到 14.1 ZB，预计 2021 年将达到 20.6 ZB，实现 2019-2021 年复合增长率 21%、2016-2021 年 复合增长率 25%。同时，云数据中心流量将以更快的速度增长：2019 年，全球云数据中心估计达到 13.1 ZB，占比约 93%，2021 年有望达 到 19.5 ZB，占比约 95%，实现 2019-2021 年复合增长率 22%、2016-2021 年复合增长率 27%。
流量迅猛增长促进全球大型数据中心与超大型数据中心数量不 断增加，光模块下游应用需求随之增长。根据 Cisco 数据，2019 年全 球超大型数据中心数量将达到 509 个，同比增长 44%，预计到 2021 年，全球超大型数据中心数量将会达到 628 个，2019-2021 年实现年 复合增长率 11%，2016-2021 年实现年复合增长率 13%。从结构上看， 亚太地区（主要为中日）超大型数据中心数量占比将有显著的提升， 从 2016 年的 30%提升至 2021 年的 39%，数量由 2016 年的 101 个提 升至 2021 年的 245 个。由于光模块是数据中心中不可或缺的部件， 数据中心数量的增加将直接带动光模块应用量提升。
2.2.2 数据中心架构由三层式转变为叶脊式，单个数据中心内光模块 应用量增加
数据中心分布式计算和大数据的应用大幅增加了服务器间的流 量交互，导致东西向流量占据了主导份额。数据中心通信可按照连接 类型分为三类：（1）数据中心到用户，由访问云端进行浏览网页、收 发电子邮件和视频流等终端用户行为产生；（2）数据中心互联，主要 用于数据复制、软件和系统升级；（3）数据中心内部，主要用于信息 的存储、生成和挖掘。数据中心内部互连产生的数据又称东西向流量， 而数据中心与用户互连的数据又称南北向流量。传统的数据中心中， 主要业务是在服务器部署 WEB 应用，供数据中心外的客户端使用， 大部分流量是南北向流量。而云数据中心中数据服务的内容和形式发 生巨大变化，虚拟化服务器具有更高的利用率和网络连接需求，分布 式计算和大数据使得应用在多个服务器间进行大流量交互，数据流量 从南北向为主转向东西向为主。
根据 Cisco 数据，2018 年数据中心-用户间流量达到 1.6 ZB，占比 14%；数据中心间流量达到 1.3 ZB，占比 11%；数据中心内部流量达 到 8.6 ZB，占比 75%。预计到 2021 年，数据中心-用户间流量达到 3.1 ZB，占比 15%；数据中心间流量达到 1.3 ZB，占比 14%；数据中心内 部流量达到 8.6 ZB，占比 71%；东西向流量合计达到 17.5 ZB，占比达 85%。东西向流量持续稳定占据主导份额。
传统数据中心三层网络结构在东西向流量传输上存在缺陷，行业 逐渐向叶脊式拓扑结构转变，单个数据中心的光模块应用量大幅增 加。传统三层架构模型包含：Access Layer（接入层）：接入层位与网 络的最底层，负责所有终端设备的接入工作，并确保各终端设备可以 通过网络进行数据包的传递。Aggregation Layer（汇聚层）：汇聚层位 于接入层和核心层之间。传统数据中心使用 STP 技术，每个业务模块 都是一个烟囱结构，虽然上联多根链路，但都是主备关系，仅有一根 链路能跑流量，业务模块互相调用需要经过多个三层设备（平均需要 经过 6 次物理设备）。数据流量每经过一次设备都会增加一点延迟， 无法承载数据中心日益增长的业务。
而叶脊结构具备横向优势，叶脊网络扩大接入和汇聚层，一个主 机可以通过叶支交换机（leaf）和另一个叶支交换机上的主机进行通 信，而且是独立的通道。这种网络可以大大提高网络的效率，特别是 高性能计算集群或高频流量通信设备。采用叶脊式架构的数据中心内 部数据交换和吞吐能力更强，同时网络结构也更加扁平化和密集，导 致单数据中心对于光模块的应用量提升约 4-8 倍。
2.3 数据中心网络速率迭代加快，行业开始由 100G 升级至 400G
2.3.1 400G 正处于部署阶段，PAM4 调制和 DSP 芯片是核心技术
相比传统电信市场，云数据中心市场对光模块需求的差异主要体 现在：技术迭代快、速率更高、需求量更大。由于云数据中心流量增 速、网络架构、可靠性要求和机房环境与电信级网络的差异，云数据 中心对光模块的需求体现以下特点：迭代周期短、速率要求高、高密 度、低功耗等。 （1）迭代周期短：数据中心流量高速增长驱动光模块 不断升级。包括光模块在内的硬件设备跌代周期在 3 年左右，而电信 级光模块的迭代周期一般在 6-7 年以上，有利于技术投入多、客户响 应快的公司。 （2）速率要求高：由于数据中心流量爆发性增长，最尖 端的技术基本都最先应用在数据中心。对比 5G 和数通来看，5G 前传 回传主要应用 25G 和 100G，显著滞后于数通。 （3）高密度（需求量 大）：高密度的核心是为了提高交换机和服务器单板传输容量，本质 上依然是为了满足流量高速增长的需求；同时，密度越大，意味着需 要部署更多的光模块，利好产能充足的公司。
继 100G 之后，行业正在向 400G 部署迈进。云数据中心的流量爆 发式增长，驱动了光模块工作速率不断升级，并呈加速态势，10G 速 率端口迭代到 40G 速率端口经历了 5 年，40G 速率端口升级到 100G 速率端口经历了 4 年，而自 2018 年开始，行业已开始 400G 架构的部 署。如前所述，未来数据中心所有的出口数据都需经过内部的海量运 算（尤其是 AI 等应用的崛起内部流量/出口流量更加庞大），数据中心 内部东西方向的流量占比提高，数据中心架构将趋向扁平化。因此， 云数据中心将成为 400G 的主要推动者。
400G 光模块标准要求单通道速率提升，NRZ 调制方式存困难， PAM4 调制成为主流。光模块提升带宽的方法一般有两种，增加通道 数或提高单通道的比特速率。行业标准普遍采用 8*50G 的折中方案， 通道数翻倍，比特速率同样翻倍。由于 NRZ 信号是采用高、低 2 种信 号电平来表示要传输的数字信号 1、0 信息，每个信号符号周期可以 传输 1bit 信息；而 PAM4 调制方式采用 4 个不同的信号电平来进行信 号传输，每个符号周期可以表示 2 个 bit 信息，要实现同样的信号传 输能力，PAM4 信号的符号速率只需要达到 NRZ 信号的一半即可。在 单道速率要提高到 50Gbps 及以上时，如果仍然采用 NRZ 技术，难以 满足收发芯片的时间以及传输损耗的要求，所以 PAM-4 技术的采用成 为了必然趋势。
DSP 芯片拥有强大的支持复杂高效率的调制方式的能力，是 PAM4 调制方法下最理想的实现方法。DSP 即高速数字处理芯片，是 一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器。PAM4 的方案包 括 1）基于 DSP 的数字 DAC 实现方法和 2）基于模拟的 Combine 方法。 模拟方式可通过两路 NRZ 信号进行相加操作，而 DSP 数字 DAC 方式 则是基于高速 DAC 的方式进行 0/1/2/3 电平的快速输出，实现速率翻 倍。鉴于无线信道的传输非常复杂，使用传统的模拟补偿无法满足无 线信道的补偿需求，而 DSP 恰恰能够弥补这一劣势。此外，DSP 芯片 还可以进行色散补偿操作，去除噪声、非线性等干扰因素。对于单波 100G 以上的应用来说，目前的发送端电驱动芯片与光器件都达不到 50GHz 以上的带宽，因此在发送端相当于引入了低通滤波器，在时域 上表现为码间干扰。而引入 DSP 之后，可以在发送端直接对信号进行频谱压缩，接收端在通过自适应的 FIR 滤波器对信号进行恢复，用这 种方法可以把调制/接收器件中不可控的模拟带宽影响变成已知的数 字频谱压缩，降低对光器件带宽的需求。整体而言，使用 DSP 方案的 400G 产品处理信号的能力更加优异，主要表现为电口适配能力强， 光电性能好等，DSP 方案也成为 400G 的核心技术之一。
2.3.2 400G 技术路径多元，QSFP-DD、OSFP 有望成为主流
400G 光模块依据技术参数种类不同可有不同的划分标准。从光 波长上区分，400G 光模块可以分为多模（MM）、单模（SM）；从信 号调制方式上，分为 NRZ 和 PAM4 调制（目前以 PAM4 为主）；从传 输距离上区分，400G 光模块可以分为 SR、DR、FR、LR。从封装形式 上，400G 光模块可以分为 CDFP、CFP8、OSFP、QSFP-DD 等。目前， 谷歌采取 8*50 部署，单模多模均有，多模为 SR8 方案，则亚马逊采 取 DR-1 和 DR-4 方案。
通过对不同封装方式的对比分析，QSFP-DD 和 OSFP 有望成为主流。行业关于技术路径选择的考量标准主要在于产业化进程和成本两 个方面，其中成本主要从功耗、材料成本、端口密度、兼容性、维护 成本等维度考量。
1）产业化速度：400G CFP8 由于技术成熟较早，产业链完善，所 以产业化速度最快。其次是 400G OSFP。最后才是采用新技术、标准 还在不断完善中的 400G QSFP-DD 和 COBO。
2）功耗：400G COBO 体型比 400G QSFP-DD 稍大、内部光器件又 比 400G CFP8 少，所以最优秀。400G CFP8 由于体积大，所以散热较 好，排在第二。400G OSFP 可排第三。400G QSFP-DD 体积最小，散热 差，功耗也就越大。
3）材料成本：400G CFP8 采用的激光器最多，规模部署后的成本 比较大。其次是体积稍大的 400G COBO 和 OSFP。400G QSFP-DD 的材 料成本最低。
4）端口密度：400G COBO 与 400G QSFP-DD 两种封装形式优势明 显；其次是 400G OSFP，最后是体积最大的 400G CFP8.
5）从兼容性角度来讲：400G QSFP-DD 的设计与 QSFP 方案兼容， 原先的 QSFP28 模块仍可以使用，只需再插入一个模块即可（如图四 所示）。然后是成熟度较高的 400G CFP8，排在第三的是 400G OSFP， 兼容性最低的是 400G COBO。
6）从维护难度来讲：400G COBO 不支持热插拔，板中有任何一 个模块失效，更换过程需要把整板业务停掉，取出板卡后才能进行， 后期维护艰难。其余封装类型支持热插拔，维护简单。
综上，400G CFP8 受制于功耗、材料成本等关键因素，成为 400G 光模块的主流封装形式可能性不大； COBO 更可能是 400G 光模块市 场的过渡产品。我们认为 QSFP-DD 和 OSFP 最有可能成为 400G 光模 块的主流封装方式。
3.1 光模块受益于国内外云厂商资本开支增长，但难以存在定量关系
近年来国内外云厂商资本开支不断增加，有助于推动光模块产业 链快速增长。光模块属于云厂商采购项目之一，云服务商资本开支的 增加从宏观上利好光模块市场。根据 Lightcounting & Synergy 数据， 2015-2018 年，云厂商资本开支实现复合增长率约 28%，光模块市场 规模实现复合增长率约 6%。根据 GS 公开数据，Amazon、Google、 Microsoft等北美Top云厂商资本开支自2015 年以来均呈现大幅提升。 同时，国内 BATJ 大型数据中心的布局项目也在纷纷开展。云厂商资本 开支增加为光通信整体产业链提供了稳定的下游需求。
云数据中心市场对服务器、交换机、光模块的需求与日俱增，数 通商采购量逐渐占据主导份额。随云数据中心建设规模不断扩大，数 通市场将在现阶段与未来成为光模块市场的核心驱动力。 （1）服务器 市场：根据 Lightcounting 数据，早在 2017 年，云服务商对服务器的 采购量就已与一般企业平分秋色，自 2018 年开始超过一般企业，且 份额预计将在未来不断提升。 （2）交换机市场：显示出同样的规律。 根据 Lightcounting 数据，2017 年云服务商交换机的采购金额约占全市 场的 50%，而从 2018 年开始，云服务商对交换机的采购金额便显著 高于其他主体（电信商、一般企业等），且这一趋势还在延续，预计 到 2020 年，云服务商对交换机采购金额份额将高达约 2/3。 （3）光模 块市场：2018 年，来源于数通商贡献收入占比在各季度稳定高于 60%。 根据 Lightcounting 数据，2019 年，预计数通商采购的光模块收入将达 到 25 亿美元，占整体光模块市场规模的比例约为 63%。预计至 2023 年，数通商采购的光模块收入将达到 56 亿美元，占比约为 75%。 2019-2023 年，数通商采购光模块金额实现年复合增长率约为 18%， 成为未来光模块市场增长的主要驱动力。
光模块采购金额在整体资本开支中占比低（我们预计<5%） ，因此 光模块销售额与云服务商 CAPEX 之间难以得到定量的关系。云数据中 心的建设是一项系统工程，包括建筑、交换机、服务器、光纤光缆、 其他 IT 设备等等，光模块的采购只占到其中很低的比例。Synergy 数 据显示，2018 年，全球主要云服务商资本支出超过 1000 亿美元，同 时，Lightcounting 数据显示，2018 年全球光模块销售金额 60 亿美元。 通过计算可知，2018 年全球光模块的销售金额占主要云厂商的资本支 出的比例仅为 6%，且全球光模块的销售金额中约有 1/3 是电信商和一 般企业带来的，因此云服务商实际的光模块采购金额占比应低于 5%。 根据 Synergy 数据，2018 年是云服务商资本开支增长提速的一年，全 年开支同比增长超过 35%；而反观光模块市场，不仅未实现显著增长， 反而略微有所下降。光模块市场增速与云服务商资本开支增速并不协 同。
3.2 400G 光模块预计将于 2019 年开始起量，2020 年爬坡，2021 年后提速
如前文所述，在数据中心场景下，光模块主要用于数据中心 TOR、 Leaf 交换机和 Spine 交换机等之间的互联，因此光模块的出货量在时 间和数量应均与交换机端口数之间存在一定相关性。
光模块跟随交换机出货而出货，具体规律一般遵循：新一代交换 机芯片推出→经历交换机 2 年量产→光模块开始起量。一般而言，在 新一代交换机芯片发布后两年左右时间，相应速率的交换机开始上 市，因此光模块也逐步放量。（1）40G：2012 年，32x40G 芯片问世， 2014 年 40G 光模块开始真正上量，并于 2017 年达到顶峰。（2）100G： 2014 年，32x100G 芯片出现；2014-2016 年，在交换机量产阶段，100G 光模块出货量并未有显著提升；自 2016 年开始，100G 光模块开始随 同交换机加速放量，验证了光模块跟随交换机一同出货的规律。
400G 芯片于 2018 年诞生，预计 400G 光模块自 2019 年下半年开 始有一定出货量、自 2020 年之后出货量迅速增长。具体分种类来看， 200G 光模块将首先提速放量，2021 年达到约 50 万出货量，随后呈 J 字型增长曲线，出货量于 2022 年达到约 150 万个，2023 年达到约 300 万个，演化过程与 100G 类似。2x200G 光模块前期与 200G 光模块增 长情况接近，2021 年达到近 50 万出货量，随后其增长提速幅度小于 200G 交换机，于 2022 年达到约 100 万出货量。400G 光模块相比前二 者，则呈现更为平缓的增长路径，于 2021 年达到近 25 万出货量，2022 年达到近 50 万出货量，呈现线性增长态势。Microsoft 数据显示，类 400G 光模块的市场份额将从 2019 年开始抬升，随后不断增长，直至 2022 年占有全市场约 20%的份额。
3.3 交换机端口与光模块的出货量存在比例关系，10 个交换机端口 约对应 4 个光模块
我们的研究表明光模块出货量与交换机出货量在时间上基本同 步，且二者存在较稳定的定量关系：交换机端口出货量:光模块出货量 约为 10:4。参考 Dell 和 Ovum 的数据，我们分别对数通市场和全球整 体市场交换机端口和光模块出货量数量之间的关系进行了探究：
（1）数通市场：Dell’Oro 与 Ovum 报告显示，2014-2018 年，40G 交换机端口的数通出货量分别约为 400 万、500 万、700 万、560 万和 400 万；而同期，40G 光模块的数通出货量分别约为 170 万、200 万、 220 万、170 万和 120 万。经过计算可以发现，2014-2018 年（40G 光 模块出货量：40G 交换机出货量）的比例区间在 0.3-0.4 左右，具有一 定稳定性。2016-2018 年，100G 交换机端口的数通出货量分别约为 180 万、500 万和 1150 万；而同期，100G 光模块的数通出货量分别约为 70 万、210 万和 450 万。经计算，2016-2017 年（100G 光模块出货量： 100G 交换机出货量）的比例区间同样稳定在 0.4 左右。
（2）全球市场：Dell’Oro 报告显示，2016-2017 年，100G 交换机 端口的数通出货量分别约为 180 万和 700 万；而同期，100G 光模块 的数通出货量分别约为 70 万和 300 万。2016-2018 年（100G 光模块 出货量：100G 交换机出货量）的比例区间亦稳定在 0.4 左右。
综上，经过不同市场的数据计算，我们可基本得出结论：交换机 /光模块投放市场后，全球市场及数通市场均呈现每出货 10 个交换机 端口对应约 4 个光模块的量化关系。该比例关系的合理性如下：
1）在核心交换机或 leaf 和 spine 交换机之间的连接有端口剩余， 交换机背后接口成组购买，一般一组为 8 个、16 个或 32 个，但由于 连接设备数量有限，因此接口并不会全部用于连接。
2）交换机市场较光模块市场的竞争格局更为集中，第三方咨询 机构的统计更加准确；而光模块市场则较为分散，部分数据存在未统 计入口径的可能性。
3）10:4 的结果具有一定的实际指导意义，下文中对 2019 年 400G 的量进行了测算，与市场调研中所了解到的 400G 光模块需求量较为 接近。
3.4 400G 光模块空间测算：预计 2022 年全球出货量达 448 万个， 市场规模超过 90 亿元
出货量层面，我们测算预计 2022 年将达到 448 万，2019-2022 年 复合增长率 122%。承前所述，交换机端口与光模块的出货关系基本 遵循：10 个交换机端口匹配约 4 个光模块。根据 Dell’Oro 数据，我们 可知 2018 年及后续年份细分市场上 400G 交换机端口的预计出货量， 那么可大致估算出光模块的出货量。
（1）全球市场：2019 年，400G 交换机端口出货量约为 100 万， 结合全球市场历史交换机端口与光模块出货量匹配比例的平均值，可 预测 400G 光模块出货量约为 41 万，而调研数据显示 2019 年 400G 光模块出货量约为 30~40 万，二者数值相近，准确性得到验证。以此 类推，2020-2022 年，光模块出货量分别为 155 万、266 万和 448 万。
（2）云数据中心市场：2019 年，400G 交换机端口出货量约为 90 万，结合历史匹配比例均值，可预测 400G 光模块出货量约为 34 万。以此类推，2020-2022 年，光模块出货量分别为 135 万、225 万 和 378 万。云数据中心市场的光模块占全球光模块的比重稳定在 85% 左右。
（3）TOP4 云市场：400G 放量初始阶段，云数据中心市场主要由 Top4 驱动，因此 Top4 云服务商在云数据中心光模块市场中占有绝对比重，后续随着其他厂商上量，Top4 比重则逐步下降。2019 年-2022 年，Top4 云服务商 400G 光模块出货量预计分别约为 34 万、82 万、 116 万和 191 万。
（4）其他市场：2019 年-2022 年，非云数据中心市场 400G 光模 块出货量预计分别约为 7 万、21 万、41 万和 69 万。
根据我们的测算，2023 年 400G 光模块全球市场规模有望突破 90 亿元，结果与 Ovum 预测数据较为接近。根据 Ovum 数据，2021 年 100G 光模块出货量约为 1600 万个，对应市场规模约为 210 亿元，则 可计算光模块单价约为 1317.5 元/个，假 设 400G 进入高峰期后每路单 位降价 60%，则 400G 光模块单价约为 2100 元左右，结合前文所预计 的 2023 年光模块出货量约达 448 万只，可测算出 2023 年 400G 光模 块市场规模约达到 94 亿元。同时 Ovum 数据显示，2023 年 400G 光模 块市场规模约为 16 亿美元，折合人民币约 90 亿元，与我们的测算结 果较为接近。400G光模块市场规模有望在2019-2023年实现超过220% 的年复合增长率。
4.1 国产厂商在数通高速光模块市场优势明显，全球市占率不断提升
从产业链不同环节来看，我国厂商竞争力主要体现在光模块和系 统，而光、电芯片及组件等光模块上游零部件方面，美国日本实力更 强。组件和芯片是我国厂商实力最弱的领域，以民营中小企业为主， 大多没有业务支撑，规模普遍较小，自主研发能力薄弱；在光通信系 统方面，我国市场地位则较高，话语权横跨低、中、高端市场，并且 已经有华为、中兴、烽火等产业领导型厂商；在光模块领域，我国厂 商实力同样较强，中低端产品的市场地位较高，同时高速光模块市场 份额仍在不断提高。
整体光模块市场：美日巨头份额有所下降但仍暂居主导，国产厂 商份额上升较快。2017 年及之前，全球光模块市场份额被外资厂商主 导。结合各公司年报数据、Ovum 数据和 Lightcounting 数据，我们对 全球光模块市场份额进行了逐年测算，结果显示：早期光模块市场， Finisar、Lumentum、Broadcom、Sumitomo 四大外资巨头占据主导份 额。2013 年，四大巨头合计占有约 70%的市场份额。后续，随着数通 细分市场采购量逐渐提升以及其他厂商陆续发力，四大外资巨头市场 份额不断减少，截至 2018 年，四者合计约占有 42%的市场份额。鸿 腾精密、光迅科技、苏州旭创等国产光模块企业自 2016 年份额开始 显著提升。2018 年，光迅科技市占率约 10%（较 2013 年提升约 5.4%）， 鸿腾精密市占率约 8.4%（较 2013 年提升约 8.4%），苏州旭创市占率 约 12.4%（较 2013 年提升约 12.4%），三者合计占比约 30.8%（较 2013 年提升约 26.2%）。
高速光模块市场：国产厂商优势明显，数通高速光模块成为国产 光模块厂商全球市占率提升的驱动因素。结合各家主要公司年报、 Ovum 报告和 Lightcounting 报告，我们整理下来主要厂商 100G 产品销 售金额体量后，通过比例计算得出：2018 年苏州旭创、光迅科技、鸿 腾精密 100G 光模块市占率分别约为 40%、11%和 8%，合计市占率约 为 60%，其中鸿腾精密和苏州旭创市占率提升迅速。相反，外资巨头 在 100G 光模块市占率并不高。以 Finisar 为例，Finisar 在光模块领域 是全球领先的龙头，在传统光模块市场中占有绝对份额。2017 年光模 块业务整体营收约 98.56 亿人民币，约是苏州旭创同期光模块业务体 量的 2 倍左右。但 2018 年，苏州旭创 100G 光模块放量迅速，根据财 报披露口径，苏州旭创 2018 年 25G/100G/400G 光模块业务线实现收 入 37.49 亿元，反超 Finisar 100G 光模块约 7 亿元，实现总营业收入 49.98 亿元，与 Finisar 的差距进一步缩小（Finisar 同期实现营业收入 约 89.52 亿元，同比下滑约 9%）。 苏州旭创 100G 产品市场份额的快 速提升也充分印证：光模块厂商若有稳定、优质的上游芯片供应同样 能够在竞争中占得优势。
4.2 技术变迁导致产业链格局重塑，光模块厂商迎来发展新机遇
光模块产业链存在上下游的资源壁垒：解决上游芯片供应与取得 下游大客户订单是赢得竞争的关键。
PAM4 和 DSP 方案的应用改变 400G 光模块电芯片供应格局，产 业链变迁为光模块厂商提供发展新机遇。100G 时代 TIA、CDR 及 Driver 等电芯片的供应商较多，因此市场普遍关注上游光芯片的供应格局。 进入到 400G 时代，由于相关技术标准普遍采用单通道 50G 速率，如 果仍然采用 NRZ 调制技术，对于收发芯片的时间裕量以及传输链路的 损耗要求更加苛刻，因此使用传输信息效率更高的 PAM4 技术成为主 流方案。同时，目前产业界仍然没有较好的模拟方案来实现 PAM4 调 制，因此 DSP 方案成为光模块厂商的唯一选择。
DSP 芯片的主要供应商仅有 Inphi 和 Broadcom。根据产业链调研 及北美相关上市公司披露的数据，DSP 芯片的主要供应商包括 Inphi、Broadcom、MaxLinear、MACOM 等。由于 MACOM 鉴于 400G PAM 的 开发成本，将重点放在更便宜、更低功耗的模拟；MaxLinear 推出了 Telluride PAM，但目前并未有较好的销售。根据 Inphi 公司报告，2019 年，Inphi 400G DSP 芯片市场预计将达到约 1.2 亿美元，其中 Inphi DSP 芯片将实现营收超过 8000 万美元，占据 67%以上的市场份额；2020 年，Inphi 400G DSP 芯片将有望占据 50%以上的市场份额；同时，博 通 400G DSP 芯片销售有望在 2020 年实现 4-4.5 倍增长。因此市场上 DSP 主要的竞争对手目前仅有 Inphi 和 Broadcom。
数通市场客户较为集中，通过客户认证是关键。相较于传统光模 块市场，数通市场市场参与者更少，份额相对更集中。同时，数据中 心市场跟运营商市场不同，客户偏好呈现多样化、个性化、定制化， 要求产品型号多、对体积功耗更严格，相反对价格则较为不敏感。因 此，光模块厂商能否通过大客户的认证显得至关重要。
我们看好新易盛、旭创等和主要芯片厂商开展良好合作的光模块 供应商在 400G 市场的开拓：1）新易盛：根据光纤在线报道，2019 年1月发布业界首个低于10W功耗的400G QSFP-DD和OSFP DR4以及 FR4 光模块，基于博通公司最新的 7nm 400G 8:4 gearbox PHY 芯片 BCM87400，并与博通 Tomahawk 3 芯片组的 400G 交换机一起进行了 测试认证，实现了无误码操作和全互通性。 （2）苏州旭创：根据光纤 在线报道，400G 光模块搭载的芯片则是来自 Inphi 的 Porrima Gen2 单 波长PAM4 芯片，该芯片内置 DSP 和激光驱动功能，支持功耗小于 10W 的 400Gbps QSFP-DD（DR4/FR4）光模块设计，支持 4X100G 扇出。
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（报告来源：方正证券）
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